تیرآهن لانه زنبوری (CPE) چه خصوصیاتی دارد؟ تیرآهن لانه زنبوری، که با نام‌های تیرآهن شبکه یا CPE (Castellated Beam) نیز شناخته می‌شود، یکی از مقاطع فولادی پرکاربرد در صنعت ساختمان‌سازی است که به دلیل طراحی خاص و مزایای منحصربه‌فرد خود، جایگاه ویژه‌ای در سازه‌های مدرن یافته است. این تیرآهن با ایجاد حفره‌های منظم در جان تیرآهن‌های معمولی (مانند IPE)، ضمن کاهش وزن، مقاومت خمشی و صلبیت آن را به طور قابل توجهی افزایش می‌دهد. در ادامه به بررسی جامع تیرآهن لانه زنبوری، فرآیند تولید، کاربردها، مزایا و معایب آن خواهیم پرداخت.
تیرآهن لانه زنبوری چیست؟
تیرآهن لانه زنبوری، تیرآهنی است که از طریق فرآیند برش و جوشکاری تیرآهن‌های IPE معمولی تولید می‌شود. در این فرآیند، جان تیرآهن به صورت الگوی لانه زنبوری برش خورده و سپس دو نیمه حاصل به صورت جابه‌جا شده و با جوشکاری به یکدیگر متصل می‌شوند. این حفره‌ها که معمولاً به اشکال هندسی شش‌ضلعی، هشت‌ضلعی یا دایره‌ای هستند، علاوه بر کاهش وزن، باعث افزایش ارتفاع مؤثر مقطع شده و در نتیجه مقاومت خمشی و اینرسی تیر را افزایش می‌دهند.
این طراحی نوآورانه با هدف دستیابی به حداکثر مقاومت در برابر خمش با حداقل تغییر شکل، افزایش انعطاف‌پذیری سازه، کاهش وزن کلی سازه و صرفه‌جویی در هزینه‌ها صورت می‌گیرد. در نتیجه، تیرآهن لانه زنبوری با وزنی برابر، استحکام و مقاومت خمشی بالاتری نسبت به تیرآهن‌های معمولی ارائه می‌دهد.
فرآیند تولید تیرآهن لانه زنبوری
تولید تیرآهن لانه زنبوری شامل چند مرحله کلیدی است:
1. آماده‌سازی تیرآهن
تیرآهن IPE ابتدا بر روی یک شاسی افقی مستقر شده و با جوش‌های نقطه‌ای در نقاط مختلف ثابت می‌شود تا از تاب برداشتن آن جلوگیری شود. سپس جان تیرآهن برای برشکاری آماده می‌شود.
2. برشکاری جان
با استفاده از دستگاه برش برنول (که از گاز استیلن استفاده می‌کند)، جان تیرآهن در الگوهای لانه زنبوری برش داده می‌شود تا به دو نیمه بالایی و پایینی تقسیم گردد.
3. اتصال و جوشکاری
پس از برش، قسمت بالایی تیرآهن به اندازه یک دندانه جابه‌جا شده و سپس دندانه‌های هر دو قسمت در مقابل هم قرار می‌گیرند. در نهایت، این دو قسمت با استفاده از جوش قوسی نیمه‌اتوماتیک (که دقت، سرعت و اقتصادی بودن را تضمین می‌کند) به هم متصل می‌شوند.
4. تقویت‌بخشی
برای جبران کاهش مقاومت برشی در برخی قسمت‌ها، حفره‌های خاصی با ورق‌های تقویتی پر می‌شوند. همچنین، حداقل یک حفره در کنار تکیه‌گاه‌ها با استفاده از ورق و جوشکاری پر می‌گردد تا مقاومت برشی در این نقاط حیاتی افزایش یابد.
روش‌های ایجاد حفره در تیرآهن لانه زنبوری
دو روش اصلی برای ایجاد حفره‌ها در جان تیرآهن لانه زنبوری وجود دارد:
1. روش ترسیم لیتسکا
در این روش، ارتفاع حفره‌ها (h) با توجه به لنگر خمشی و با استفاده از فرمول H²=2(h-v) محاسبه می‌شود، که در آن ‘e’ فاصله افقی و ‘v’ فاصله عمودی بین حفره‌ها است.
2. روش ترسیم پانیر
در این روش، ابتدا نمای طولی تیرآهن ترسیم شده و سپس سطح به صورت شطرنجی درمی‌آید. یک خط شکسته با نسبت شیب ۲ به ۱ رسم شده و اضلاع افقی شماره‌گذاری می‌شوند. سپس شکل با خطوط نازک نزدیک به هم تکرار شده و پس از برش و جوشکاری، تیرآهن لانه زنبوری تولید می‌شود که طول آن حدود ۱.۵ برابر طول اولیه خواهد بود.
کاربرد تیرآهن لانه زنبوری
تیرآهن لانه زنبوری به دلیل خواص فیزیکی و اقتصادی خود، در طیف وسیعی از کاربردها مورد استفاده قرار می‌گیرد:
-
تیرهای فرعی
به عنوان تیرهای فرعی با تکیه‌گاه‌های مفصلی دو سر.
-
ساخت پل‌ها و راه‌پله‌ها
به عنوان تیرهای اصلی در ساخت پل‌های عابر پیاده و راه‌پله‌ها.
-
سازه‌های صنعتی
به عنوان تیرهای ماشین‌آلات ساختمانی و در سیستم‌های کامپوزیت.
-
قاب‌های خمشی
در طراحی قاب‌های خمشی و دهانه‌هایی که نیاز به مهاربندی نشده‌اند.
-
ساخت سقف‌ها
در ساخت سقف‌های تیرچه و بلوک، سقف‌های کامپوزیت، و همچنین سقف پارکینگ‌ها.
-
تولید سازه‌هایی با تنوع در اشکال
امکان اجرای آن در اشکال هندسی متنوع مانند دایره، شش ضلعی، هشت ضلعی و سینوسی.
-
مواردی که نیاز به وزن کم و مقاومت خمشی بالا باشد
این تیرآهن‌ها جایگزین اقتصادی و کارآمدی برای تیرآهن‌های معمولی در این شرایط هستند.
مزایای استفاده از تیرآهن لانه زنبوری
استفاده از تیرآهن لانه زنبوری مزایای متعددی را به همراه دارد:
-
حمل و نقل آسان
به دلیل وزن پایین.
-
تنوع در اجرا
امکان طراحی در اشکال مختلف.
-
ورود نور
ایجاد امکان ورود نور به داخل سازه.
-
نصب آسان
سهولت در نصب به دلیل وجود حفره‌ها.
-
مقاومت در برابر لرزش
بهبود مشکلات مربوط به ارتعاش کف.
-
کاهش وزن سازه
کاهش وزن کلی سازه تا حدود ۲۰ تا ۵۰ درصد.
-
زیبایی و انعطاف‌پذیری
بهبود زیبایی بصری و انعطاف‌پذیری سازه.
-
مقرون به صرفه بودن
هزینه تولید آن کمتر از ارزش فولاد مصرفی است.
-
افزایش مقاومت خمشی
ظرفیت تحمل لنگر خمشی بالا به دلیل افزایش ارتفاع مؤثر.
-
کاهش هزینه‌ها
کاهش سطح رنگ‌آمیزی و هزینه‌های مربوطه به دلیل وجود حفره‌ها.
معایب استفاده از تیرآهن لانه زنبوری
با وجود مزایای فراوان، این تیرآهن‌ها معایبی نیز دارند:
-
تغییر خواص فولاد
فرآیند جوشکاری می‌تواند خواص فولاد را تغییر دهد.
-
احتمال گسیختگی
در صورت ساخت غیراستاندارد یا ضریب امنیتی پایین.
-
احتمال له شدگی
امکان له شدگی در قسمت‌های جوشکاری شده وجود دارد.
-
ضعف در برابر تنش‌های برشی
نیاز به تقویت در محل تکیه‌گاه‌ها و نواحی با تنش برشی بالا.
-
کاهش مقاومت برشی
جان تیرآهن در مقایسه با تیرآهن معمولی، مقاومت برشی کمتری دارد.
-
محدودیت در کاربرد
عدم امکان استفاده در دهانه‌های مهاربندی شده همگرا و واگرا، و همچنین تیرهای پل دو سر مفصل.
روش‌های تقویت تیرآهن لانه زنبوری
برای رفع مشکل مقاومت برشی پایین، روش‌های تقویتی زیر به کار گرفته می‌شوند:
1. تقویت با ورق
پر کردن حفره‌های کناری و تکیه‌گاه‌ها با ورق‌های فولادی و جوشکاری آن‌ها برای افزایش مقاومت برشی.
2. تقویت با فولاد و بتن
تزریق بتن در حفره‌های تیرآهن برای افزایش مقاومت در برابر تنش‌های خمشی و برشی. این روش علاوه بر افزایش استحکام، مقرون به صرفه نیز می‌باشد.
و در پایان…
تیرآهن لانه زنبوری یک گزینه اقتصادی و کارآمد در صنعت ساخت‌وساز است که با بهینه‌سازی مصرف مصالح و افزایش مقاومت سازه، نقش بسزایی در اجرای پروژه‌های عمرانی طبق قوانین ساخت و ساز ایفا می‌کند. با درک صحیح فرآیند تولید، کاربردها و ملاحظات مربوط به این نوع تیرآهن، می‌توان از مزایای آن به بهترین نحو بهره‌مند شد.
ما در شرکت زیباسازان در مشهد با مدیریت روح الله قدرتی در صنعت ساختمان خدماتی مانند: ساخت و ساز با هزینه کم، تهاتر در ساخت و ساز و مشارکت در ساخت، خرید و فروش ملک را به شما عزیزان ارائه می‌دهیم. با مشاورین ما در ارتباط باشید.